Sauerstoffaufnahme  

Einleitung

Die Sauerstoffaufnahme (VO2) ist die Menge an O2, die vom Organismus aus der Umgebungsluft pro Minute aufgenommen wird. Die VO2 erlaubt als Absolutwert (ml∙min-1) oder in Bezug zum Körpergewicht (ml∙min-1∙kg-1) eine Abschätzung der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit. Die maximale Aufnahme des kardiopulmonalen Systems an O2 wird als maximale Sauerstoffaufnahme (VO2maxbzw. VO2peak) bezeichnet. Die Termini VO2peak und VO2max werden unterschiedlich gebraucht. Die VO2peak wird dabei als höchster gemessener Wert der O2-Kinetik bei Belastungsende bezeichnet. Bei der VO2max hingegen kann eine Plateaubildung bei kardiopulmonaler Ausbelastung ersichtlich sein. Die VO2max ist wohl einer der am häufigsten gemessenen Atemgasparamter, da dieser Wert die maximale aerobe ATP-Resynthese definiert und daher eine enge Korrelation zwischen der Ausdauerleistungsfähigkeit und der Höhe der VO2maxbesteht[1].

Limitierende Faktoren

Es ist bekannt, dass die VO2max durch eine Vielzahl zentraler und peripherer Faktoren limitiert wird[1]. Zu den zentralen Faktoren zählen die Lungendiffusionskapazität, als begrenzender Wert des Sauerstoffaustausches in den Lungen, die Sauerstofftransportkapazität und das maximale Herzminutenvolumen (HMV).

Zu den periphere Limitationen der O2-Verwertung zählen insbesondere die mitochondrialen Enzymaktivität und die muskuläre Kapillardichte [1]. Es ist gut dokumentiert, dass die Steigerung der  VO2max mit einer Steigerung der Kapillar- [2][3] und Mitochondriendichte [4][5][6] in der Arbeitsmuskulatur einhergeht. Im Vergleich zum untrainierten Muskel weist der trainierte Muskel eine dreifach höhere Kapillardichte, eine drei- bis vierfach höhere Aktivität von aeroben Enzymen sowie eine höhere Anzahl an Typ I Muskelfasern (Slow Twitch) auf[7]. Sämtliche dieser stoffwechselbedingten Verbesserungen erlauben letztlich eine Steigerung der mitochondralen ATP-Synthese und das Eintreten einer verzögerten Ermüdung.

Stellenwert der VO2max

Die Normwerte für die VO2max bei untrainierten Erwachsenen liegen je nach Alter und Geschlecht zwischen 30 bis 50 ml·min-1·kg-1, wobei Frauen eine um ca. 10 bis 15% geringere VO2max aufweisen als Männer. Für beide Geschlechter ist generell ab dem 30. Lebensjahr mit einer jährlichen Abnahme von ca. 1% der Maximalwerte zu rechnen. Hoch-trainierte Ausdauerathleten, wie bspw. Radfahrer oder Ruderer, können maximale Werte von bis zu 90 ml·min-1·kg-1 erreichen.

Im Leistungssport zählen fünf Hauptfaktoren für eine hohe Ausdauerleistungsfähigkeit: die maximale Sauerstoffaufnahme, die prozentuale Sauerstoffausschöpfung beim Anstieg der Laktatleistungskurve (%VO2peak), die Geschwindigkeit/Leistung beim Anstieg der Laktatleistungskurve (VLT), die Bewegungsökonomie und die maximale Laufgeschwindigkeit/Leistung im Stufentest (Vmax; Pmax) [8][9].

Bei stufenförmigen Belastungstests werden u.a. für die Trainingssteuerung wichtige Leistungskenngrößen wie etwa die „Laktatschwelle“ ermittelt. [10]. Es hat sich gezeigt, dass neben der VO2peak die Laufgeschwindigkeit an der VLT sehr stark mit der Wettkampfleistung in Laufsportarten korreliert [1][8] [11][12] und evtl. eine bessere Diskriminante zur Beurteilung der inter-individuellen Leistungsfähigkeit darstellt [8][13] [14].

Besitzen zwei Läufer dieselbe VO2peak erscheint es logisch, dass der Läufer mit der geringen Sauerstoffaufnahme an der VLT später ermüden wird [15]. Bei Läufern korreliert daher die Prozentzahl der VO2peak sehr mit dem Anstieg von Blutlaktat [15][16].

Ein häufig vergessener Parameter in der spirometrischen Leistungsdiagnostik stellt die Bewegungsökonomie dar [17]. Bei stufenförmigen Belastungstests ist es möglich eine Aussage über die globale Bewegungsökonomie zu tätigen. Dabei wird bei gleichbleibender submaximaler Belastungsintensität (entsprechend ca. ≤ 80% der VO2max) die Sauerstoffaufnahme als Maß für die Bewegungsökonomie definiert [18][19]. Die Laufökonomie wird als (steady state) Sauerstoffaufnahme in ml·min-1·kg-1 bei standardisierten Laufgeschwindgkeiten [15][18] oder als Sauerstoffverbrauch pro Meter (ml·min-1·m-1) [20] definiert. Eine Verbesserung der Laufökonomie um 5% geht mit einer Verbesserung der Leistung um 3,8% einher .

Abschließend kann die maximal erreichte Geschwindigkeit (Vmax)in einem Stufentest auch als guter Indikator für die Wettkampfleistung herangezogen werden, da neben Herzkreislaufgrößen auch muskuläre Komponenten zur Ausdauerleistungsfähigkeit beitragen [21][22].

Einzelnachweise

  1. Bassett, D.R., Jr. and E.T. Howley, Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of endurance performance. Med Sci Sports Exerc, 2000. 32(1): p. 70-84.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10647532
  2. Pringle, J.S., et al., Oxygen uptake kinetics during moderate, heavy and severe intensity "submaximal" exercise in humans: the influence of muscle fibre type and capillarisation. Eur J Appl Physiol, 2003. 89(3-4): p. 289-300.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12736837
  3. Kirkendall, D.T. and W.E. Garrett, Jr., The effects of aging and training on skeletal muscle. Am J Sports Med, 1998. 26(4): p. 598-602.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9689386
  4. Hoppeler, H. and E.R. Weibel, Structural and functional limits for oxygen supply to muscle. Acta Physiol Scand, 2000. 168(4): p. 445-56.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10759581
  5. Tonkonogi, M., et al., Mitochondrial function and antioxidative defence in human muscle: effects of endurance training and oxidative stress. J Physiol, 2000. 528 Pt 2: p. 379-88.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11034627
  6. Bizeau, M.E., W.T. Willis, and J.R. Hazel, Differential responses to endurance training in subsarcolemmal and intermyofibrillar mitochondria. J Appl Physiol, 1998. 85(4): p. 1279-84.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9760317
  7. Henriksson, J., Effects of physical training on the metabolism of skeletal muscle. Diabetes Care, 1992. 15(11): p. 1701-11.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1468304
  8. Midgley, A.W., L.R. McNaughton, and A.M. Jones, Training to enhance the physiological determinants of long-distance running performance: can valid recommendations be given to runners and coaches based on current scientific knowledge? Sports Med, 2007. 37(10): p. 857-80.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17887811
  9. Stratton, E., et al., Treadmill Velocity Best Predicts 5000-m Run Performance. International Journal of Sports Medicine, 2009. 30(1): p. 40-45.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19202577
  10. Faude, O., W. Kindermann, and T. Meyer, Lactate threshold concepts: how valid are they? Sports Med, 2009. 39(6): p. 469-90.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19453206
  11. Coyle, E.F., Integration of the physiological factors determining endurance performance ability. Exerc Sport Sci Rev, 1995. 23: p. 25-63.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7556353
  12. Nicholson, R.M. and G.G. Sleivert, Indices of lactate threshold and their relationship with 10-km running velocity. Med Sci Sports Exerc, 2001. 33(2): p. 339-42.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11224827
  13. Grant, S., et al., The relationship between 3 km running performance and selected physiological variables. J Sports Sci, 1997. 15(4): p. 403-10.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9293417
  14. Ziogas, G.G., et al., Velocity at Lactate Threshold and Running Economy Must Also be Considered Along With Maximal Oxygen Uptake When Testing Elite Soccer Players During Preseason. J Strength Cond Res, 2010.→ http://www.unomaha.edu/biomech/pdf/ZVelocity.pdf
  15. Costill, D.L., H. Thomason, and E. Roberts, Fractional utilization of the aerobic capacity during distance running. Med Sci Sports, 1973. 5(4): p. 248-52.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4774203
  16. Farrell, P.A., et al., Plasma lactate accumulation and distance running performance. Med Sci Sports, 1979. 11(4): p. 338-44.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/530025
  17. Foster, C. and A. Lucia, Running economy : the forgotten factor in elite performance. Sports Med, 2007. 37(4-5): p. 316-9.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17465597
  18. Conley, D.L. and G.S. Krahenbuhl, Running economy and distance running performance of highly trained athletes. Med Sci Sports Exerc, 1980. 12(5): p. 357-60.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7453514
  19. Hoff, J., et al., Soccer specific aerobic endurance training. Br J Sports Med, 2002. 36(3): p. 218-21.→ http://bjsm.bmj.com/content/36/3/218.full
  20. di Prampero, P.E., et al., The energetics of endurance running. Eur J Appl Physiol Occup Physiol, 1986. 55(3): p. 259-66.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3732253
  21. Noakes, T.D., K.H. Myburgh, and R. Schall, Peak treadmill running velocity during the VO2 max test predicts running performance. J Sports Sci, 1990. 8(1): p. 35-45.→ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2359150
  22. Noakes, T., Lore of running. 4th ed. ed2003, Champaign, Ill. ; Leeds: Human Kinetics. xi, 931 p.